特許 5945472 曲げ耐性マルチモード光ファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945472

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】曲げ耐性マルチモード光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/036 20060101AFI20160621BHJP

   G02B 6/028 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/036

   G02B6/028

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-161570(P2012-161570)

(22)【出願日】2012年7月20日

(65)【公開番号】特開2013-200544(P2013-200544A)

(43)【公開日】2013年10月3日

【審査請求日】2015年1月28日

(31)【優先権主張番号】13/428,520

(32)【優先日】2012年3月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507112468

【氏名又は名称】ドラカ・コムテツク・ベー・ベー

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】モリン デニス

(72)【発明者】

【氏名】シラール ピエール

(72)【発明者】

【氏名】ビゴ−アストラツク マリアンヌ

(72)【発明者】

【氏名】グーイジャー フランス

(72)【発明者】

【氏名】アシュテン フランシスカス ヨハネス

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１０９２６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１３３８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０７０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７９０３９１８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／０２− ６／０３６

Ｇ０２Ｂ ６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）３６ミクロン以上の外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）前記アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

を有する中心コアと、
前記中心コアと前記アウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドと、
前記インナークラッドと前記アウター光クラッドとの間に位置するくぼみ溝であって、外半径ｒ_３と、前記アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝と、
を備えるマルチモード光ファイバであって、

は、５．６×１０^−３μｍ^−１以上であり、
前記くぼみ溝のボリュームＶ_３は、−７５０％-μｍ^２以上且つ−４５０％-μｍ^２以下であることを特徴とするマルチモード光ファイバ。

【請求項2】

は、５．７×１０^−３μｍ^−１以上であることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項3】

前記中心コアの外半径ｒ_１は、５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項4】

前記中心コアの外半径ｒ_１は、３７ミクロン以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項5】

前記インナークラッドの外半径ｒ_２と前記中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１は、１ミクロンから３ミクロンであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項6】

前記くぼみ溝の外半径ｒ_３と前記インナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２は、３ミクロンから７ミクロンであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項7】

前記アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３は、−１０×１０^−３から−５×１０^−３であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項8】

８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、０．３ｄＢ未満の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のマルチモード光ファイバ。

【請求項9】

屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）３６ミクロンから５０ミクロンの外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）前記アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

を有し、

が５．６×１０^−３μｍ^−１以上である、中心コアと、
前記中心コアと前記アウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドであって、前記インナークラッドの外半径ｒ_２と前記中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１が１ミクロンから３ミクロンである、インナークラッドと、
前記インナークラッドと前記アウター光クラッドとの間に位置しており、外半径ｒ_３と、−１０×１０^−３から−５×１０^−３の前記アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝であって、該くぼみ溝の外半径ｒ_３と前記インナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２が３ミクロンから７ミクロンであり、該くぼみ溝のボリュームＶ_３が−７５０％-μｍ^２以上且つ−４５０％-μｍ^２以下である、くぼみ溝と、
を備えるマルチモード光ファイバであって、
８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、０．３ｄＢ未満の曲げ損失を有することを特徴とするマルチモード光ファイバ。

【請求項10】

請求項１から９のいずれかに記載の光ファイバを備えることを特徴とする光学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ伝送の分野に関し、特に低減された曲げ損失を有するマルチモード光ファイバに関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバ（すなわち、通常は１つまたは複数の被覆層により囲われたガラスファイバ）は、従来、光信号を伝送及び／又は増幅する光ファイバコアと、コア内に光信号を閉じ込める光クラッドとを含む。従って、コアの屈折率ｎ_ｃは、通常、光クラッドの屈折率ｎ_ｇよりも大きい（すなわち、ｎ_ｃ＞ｎ_ｇ）。

【0003】

マルチモード光ファイバは、企業内情報通信網又はＬＡＮ（ローカルエリア・ネットワーク）などの広帯域幅を必要とする短距離のアプリケーションにより利用される。シングルモード光ファイバが通常約６ミクロンから９ミクロンの直径を有するのに対し、マルチモード光ファイバのコアは、通常約５０ミクロンから６２．５ミクロンの間の直径を有する。マルチモード光ファイバでは、特定の波長に対し、いくつかの光モードが光ファイバに沿って同時に伝搬される。

【0004】

マルチモード光ファイバは、特に光ファイバの互換性条件に関する基準（例えば帯域幅、開口数、及びコア径）を規定する国際標準化規格であるＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１（２００７年７月）に従う。

【0005】

光ファイバの開口数（ＮＡ）は、下記の式により近似される。

【数1】

ここで、ｎ_ｃは中心コアの屈折率であり、ｎ_ｇはアウタークラッド（例えばアウター光クラッド）の屈折率である。

【0006】

光ファイバにおいては、屈折率のプロファイルは、通常、屈折率と光ファイバの半径とを関連付ける関数のグラフィック表示によって分類される。従来、光ファイバの中心に対する距離がｘ軸に示され、（半径ｒにおける）屈折率と、光ファイバの外側のクラッド（例えば、アウター光クラッド）の屈折率との差がｙ軸に示される。屈折率のプロファイルは、それぞれ図としてステップ、台形、放物形、アルファ形、または三角形の形状を有する、「ステップ」プロファイル、「台形（trapezoidal）」プロファイル、「放物形」プロファイル、「アルファ」プロファイル、または「三角形」プロファイルと称される。これらの曲線は、一般的に、光ファイバの理論的な又は設定されたプロファイルを表すものである。しかしながら、光ファイバの製造における制限のために、実際のプロファイルは僅かに異なるものとなる可能性がある。

【0007】

（すなわち、ステップインデックス型マルチモード光ファイバにおける）同一の伝搬媒体に関し、異なるモードは異なる群遅延時間を有する。この群遅延時間の差は、光ファイバを異なる半径方向オフセットで伝搬するパルス間にタイムラグ（すなわち、遅延）をもたらす。この遅延により、光パルスの広がりが生じる。光パルスの広がりは、パルスが後続のパルスに重なり合うリスクを高め、これは、光ファイバがサポートする帯域（すなわちデータ転送速度）を低下させる。従って、帯域は、光ファイバのマルチモードコアを伝搬する光モードの群遅延時間に関係している。それ故、広帯域を保証するために、全てのモードの群遅延時間が同一になることが望ましい。別の言い方をすれば、所定の波長に対して、多モード分散がゼロであるか、または少なくとも最小化されるべきである。

【0008】

多モード分散を低減するために、遠距離通信に用いられるマルチモード光ファイバは、一般的に、光ファイバの中心からクラッドとの接合部分まで徐々に減少する屈折率のコア（すなわち、「アルファ」コアプロファイル）を有する。このような光ファイバが長年にわたって用いられており、その特性は、"Multimode Theory of Graded-Core Fibers" by D. Gloge et al., Bell system Technical Journal 1973, pp. 1563-1578に記載されており、"Comprehensive Theory of Dispersion in Graded-Index Optical Fibers" by G. Yabre, Journal of Lightwave Technology, February 2000, Vol. 18, No. 2, pp. 166-177に要約されている。

【0009】

グレーデッドインデックス型プロファイル（すなわち、アルファ・インデックス型プロファイル）は、下記の数式のような屈折率ｎと光ファイバの中心からの距離ｒとの関係により表される。

【数2】

ここで、
α≧１であり、αはインデックス型プロファイルの形状を示す無次元パラメータであり、
ｎ_１は、光ファイバのコアの最大屈折率であり、
ａは、光ファイバのコアの半径であり、

【数3】

である。
ここで、ｎ_０はマルチモードコアの最小屈折率であり、これはアウタークラッド（ほとんどの場合、シリカで形成されている）の屈折率に相当する。

【0010】

従って、グレーデッドインデックス型の（すなわちアルファプロファイルの）マルチモード光ファイバは、光ファイバの半径方向に沿って、光ファイバのコアの中心から外周にかけて連続的に屈折率が減少するような回転対称のコアプロファイルを有する。マルチモード光信号がこのようなグレーデッドインデックス型のコアを伝搬するとき、異なる光モードは、（すなわち変化する屈折率のために）異なる伝搬媒質を経験する。これは、順々に、各光モードの伝搬速度に異なった影響を及ぼす。従って、パラメータαの値を調整することにより、全てのモードに対して実質的に等しい群遅延時間を得ることができる。別の言い方をすれば、多モード分散を低減、さらには除去するように屈折率プロファイルを修正できる。

【0011】

一般的に、高い開口数を有するマルチモード光ファイバほど、低いマクロベンド損失（以下、「曲げ損失」と称する）を有する。

【0012】

中心コアの直径が５０ミクロンを超える従来のマルチモード光ファイバは、通常、多くのアプリケーションに対して十分な曲げ耐性をもたらすと期待されている。このような典型的な光ファイバは、６２．５ミクロンの中心コア直径および０．２７５の開口数、または８０ミクロンの中心コア直径および０．３の開口数を有してもよい。

【0013】

それでもなお、急な曲げ半径（例えば、５ミリメータ）に対し、このような光ファイバは（例えば、小型のコンシューマ電子デバイスにおける）高速伝送にとってクリティカルとなる大きな曲げ損失を示す。

【0014】

国際公開第ＷＯ２０１０／０３６６８４号は、大きなコアの光ファイバを扱っている。しかしながら、この開示された光ファイバは、

【数4】

となるような中心コア半径ａおよび相対屈折率差Δを有する。

【0015】

開示された光ファイバの中心コアは、低減されたマイクロベンド損失を提供することができない。なぜなら、任意のΔ値に対し、中心コアの拡大はより大きなマイクロベンド損失をもたらすからである。さらに、開示された中心コア半径ａと相対屈折率差Δとの間の関係は、望ましくない大きなマイクロベンド損失をもたらす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

それ故、低減された曲げ損失および５０ミクロンより大きい中心コア直径を有するマルチモード光ファイバが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0017】

第１の態様において、本発明はマルチモード光ファイバに関する。このマルチモード光ファイバは、
屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）約３５ミクロン以上の外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

【数5】

を有する中心コアと、
中心コアとアウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドと、
インナークラッドとアウター光クラッドとの間に位置するくぼみ溝であって、外半径ｒ_３と、アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝と、
を備え、

は約５．１×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0018】

第１の態様の他の実施形態によれば、

は約５．７×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0019】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、くぼみ溝のボリュームＶ_３は、−６３５％-μｍ^２以上である。

【0020】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３６ミクロン以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−６７０％-μｍ^２以上である。

【0021】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３７ミクロン以上であり、

は約５．４×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0022】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３８ミクロン以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−７５０％-μｍ^２以上である。

【0023】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３９ミクロン以上であり、

は約５．２×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0024】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３９ミクロン以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−７９０％-μｍ^２以上である。

【0025】

第１の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は４０ミクロン以上である。

【0026】

第２の態様において、本発明はマルチモード光ファイバに関する。このマルチモード光ファイバは、
屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）約３５ミクロンから５０ミクロンの外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

【数6】

とを有する中心コアと、
中心コアとアウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドと、
インナークラッドとアウター光クラッドとの間に位置しており、外半径ｒ_３と、約−１０×１０^−３から−５×１０^−３のアウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝と、
を備え、

が約５．１×１０^−３μｍ^−１以上であり、
インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１が約１ミクロンから３ミクロンであり、
くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２が約３ミクロンから７ミクロンであり、
８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、当該光ファイバは約０．３ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0027】

第２の態様の他の実施形態によれば、

は約５．４×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0028】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、

は約５．９×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0029】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３６ミクロン以上であり、

は約５．６×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0030】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３７ミクロン以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−７１０％-μｍ^２以上である。

【0031】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３８ミクロン以上であり、

は約５．３×１０^−３μｍ^−１以上である。

【0032】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は３９ミクロンから４１ミクロンである。

【0033】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−６５０％-μｍ^２以上である。

【0034】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、中心コアの外半径ｒ_１は４０ミクロン以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は−８３０％-μｍ^２以上である。

【0035】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１は、２ミクロン未満である。

【0036】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２は、５ミクロン未満である。

【0037】

第２の態様のさらに他の実施形態によれば、８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、光ファイバは約０．２ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0038】

第３の態様において、本発明は、本発明の第２の異様に係る光ファイバを備える光学システムに関する。

【0039】

従って、一態様において、本発明は、アウタークラッド（例えばアウター光クラッド）により囲まれた中心コアを含む光ファイバを包含する。アウタークラッドは、屈折率ｎ_ｃｌを有する。中心コアは、外半径ｒ_１と、最大屈折率ｎ_０と、アウタークラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルとを有する。中心コアはまた、相対屈折率差：

【数7】

を有する。

【0040】

中心コアの外半径ｒ_１は、典型的には、約３０ミクロンから５０ミクロンの間（例えば、３５ミクロンから５０ミクロン）である。典型的には、中心コアの外半径ｒ_１と相対屈折率差Δは、以下の不等式を満たす。

【数8】

【0041】

中心コアとアウタークラッドとの間には、インナークラッドが位置している（例えば、中心コアを直接に囲んでいる）。インナークラッドは、外半径ｒ_２と、アウタークラッドに対する屈折率差Δｎ_２とを有する。典型的に、インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１との差ｒ_２−ｒ_１は、約１ミクロンから３ミクロンの間である。

【0042】

インナークラッドとアウタークラッドとの間には、くぼみ溝が位置している（例えば、インナークラッドを直接に囲んでいる）。くぼみ溝は、外半径ｒ_３と、アウタークラッドに対する負の屈折率差Δｎ_３を有する。典型的には、くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２との差ｒ_３−ｒ_２は、約３ミクロンから７ミクロンの間である。くぼみ溝の屈折率差Δｎ_３は、典型的には、約−１０×１０^−３から−５×１０^−３の間である。

【0043】

典型的な実施形態では、８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、この光ファイバは約０．３ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0044】

別の典型的な実施形態では、８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、この光ファイバは約０．２ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0045】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１と相対屈折率差Δは、以下の不等式を満たす。

【数9】

【0046】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１は、約３５ミクロンから５０ミクロンの間（例えば、約３５ミクロンから４５ミクロンの間）である。

【0047】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１は、約３６ミクロンより大きい（例えば、約３７ミクロン以上）である。

【0048】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外半径ｒ_１は、約３８ミクロンより大きい（例えば、約３９ミクロンから４１ミクロンの間）である。

【0049】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外径（すなわち２ｒ_１）は、約６２．５ミクロンである。

【0050】

さらに別の典型的な実施形態では、中心コアの外径（すなわち２ｒ_１）は、約８０ミクロン（すなわち、外半径ｒ_１は約４０ミクロン）である。

【0051】

別の態様において、本発明は、上述の光ファイバを含むマルチモード光学システムを包含する。

【0052】

本発明の前述の概要および他の典型的な目的および／または利点、ならびにそれらが達成される方法は、以下の詳細な説明およびそれに付随する図面の中でさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】本発明に係る典型的な光ファイバの屈折率プロファイルをグラフを使って示す図である。

【0054】

【図2】本発明に係る典型的な光ファイバと、比較の光ファイバとに関し、曲げ損失を曲げ半径（すなわち、曲率半径）の関数としてグラフを用いて示す図である。

【0055】

【図3】本発明に係る別の典型的な光ファイバと、別の比較の光ファイバとに関し、曲げ損失を曲げ半径（すなわち、曲率半径）の関数としてグラフを用いて示す図である。

【0056】

【図4】ピンチテストを受けている光ファイバケーブルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0057】

本発明は、マルチモード光ファイバに関する。このマルチモード光ファイバは、屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）約３５ミクロン以上の外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

を有する中心コアと、中心コアとアウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドと、インナークラッドとアウター光クラッドとの間に位置するくぼみ溝であって、外半径ｒ_３と、アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝と、を備え、

は、約５．１×１０^−３μｍ^−１以上であり、くぼみ溝のボリュームＶ_３は、−６３５％-μｍ^２以上である。
本発明の実施形態において、

は、約５．２×１０^−３μｍ^−１以上、好ましくは約５．３×１０^−３μｍ^−１以上、より好ましくは約５．４×１０^−３μｍ^−１以上、より好ましくは約５．６×１０^−３μｍ^−１以上、さらにより好ましくは約５．７×１０^−３μｍ^−１以上、さらにより好ましくは約５．９×１０^−３μｍ^−１以上であり、
中心コアの外半径ｒ_１は、５０ミクロン以下であり、
中心コアの外半径ｒ_１は、３６ミクロン以上、好ましくは３７ミクロン以上、より好ましくは３８ミクロン以上、さらにより好ましくは３９ミクロン以上、さらにより好ましくは４０ミクロン以上、最も好ましくは約３９ミクロンから４１ミクロンであり、
くぼみ溝のボリュームＶ_３は−６５０％-μｍ^２以上、好ましくはＶ_３は−６７０％-μｍ^２以上、好ましくはＶ_３は−７１０％-μｍ^２以上、より好ましくはＶ_３は−７５０％-μｍ^２以上、さらにより好ましくはＶ_３は−７９０％-μｍ^２以上、さらにより好ましくはＶ_３は−８３０％-μｍ^２以上であり、
インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１は、約１ミクロンから３ミクロンであり、好ましくは２ミクロン以下であり、
くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２は、約３ミクロンから７ミクロンであり、好ましくは５ミクロン以下であり、
アウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３は、約−１０×１０^−３から−５×１０^−３であり、
８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、光ファイバは約０．３ｄＢ未満の曲げ損失、好ましくは約０．２ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0058】

さらに、本発明は、マルチモード光ファイバに関する。このマルチモード光ファイバは、屈折率ｎ_ｃｌを有するアウター光クラッドにより囲まれた中心コアであって、（１）約３５ミクロンから５０ミクロンの外半径ｒ_１と、（２）最大屈折率ｎ_０と、（３）前記アウター光クラッドに対するグレーデッドインデックス型プロファイルと、（４）相対屈折率差：

を有し、

が約５．１×１０^−３μｍ^−１以上である、中心コアと、中心コアとアウター光クラッドとの間に位置し、外半径ｒ_２を有するインナークラッドであって、インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１の差ｒ_２−ｒ_１が約１ミクロンから３ミクロンである、インナークラッドと、インナークラッドとアウター光クラッドとの間に位置しており、外半径ｒ_３と、約−１０×１０^−３から−５×１０^−３のアウター光クラッドに対する屈折率差Δｎ_３と、ボリュームＶ_３とを有するくぼみ溝であって、該くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２の差ｒ_３−ｒ_２が約３ミクロンから７ミクロンであり、該くぼみ溝のボリュームＶ_３が−６３５％-μｍ^２以上である、くぼみ溝と、を備える。８５０ｎｍの波長において、５ｍｍの曲率半径の２巻きに対し、この光ファイバは、約０．３ｄＢ未満の曲げ損失を有する。

【0059】

さらに、本発明は、本発明に係る光ファイバを備える光学システムに関する。

【0060】

本発明は、低減された曲げ損失および５０ミクロンより大きい中心コア直径を有するマルチモード光ファイバを包含する。

【0061】

図１は、本発明に係る典型的な光ファイバの屈折率プロファイルを示す。この典型的な光ファイバは、アウタークラッド（例えばアウター光クラッド）により囲まれた中心コア（例えばインナーコア）を含むマルチモード光ファイバである。

【0062】

図示されるように、この典型的な光ファイバもまた、中心コアとアウタークラッドとの間に位置するインナークラッドを含んでいる（例えば、中心コアを直接に取り囲んでいる）。インナークラッドとアウター光クラッドとの間には、くぼみ溝（depressed trench）が位置している（例えばインナークラッドを直接に取り囲んでいる）。

【0063】

中心コアは、典型的には３０ミクロンから５０ミクロン、より典型的には３５ミクロン以上（例えば約３９ミクロンから４１ミクロンの間）の外半径ｒ_１を有する。中心コアもまた、アウタークラッドに対してグレーデッドインデックス型プロファイルを有する。中心コアの外半径ｒ_１と相対屈折率差Δは、典型的には下記の不等式を満たす。

【数10】

【0064】

中心コアの相対屈折率差Δは、下記の式により定義される。

【数11】

ここで、ｎ_０は、中心コアの最大屈折率（通常、中心コアの中心の屈折率に相当する）であり、ｎ_ｃｌは、アウタークラッドの屈折率である。

【0065】

光ファイバのインナークラッドは、外半径ｒ_２を有する。典型的には、インナークラッドの外半径ｒ_２と中心コアの外半径ｒ_１との差ｒ_２−ｒ_１（例えば、中心コアの外半径とくぼみ溝の内半径との間の半径方向距離）は、１ミクロンから３ミクロンの間（例えば、約２ミクロン以下）である。

【0066】

くぼみ溝は、外半径ｒ_３と、アウタークラッドに対する負の屈折率差Δｎ_３を有する。典型的には、くぼみ溝の外半径ｒ_３とインナークラッドの外半径ｒ_２との差ｒ_３−ｒ_２（例えば、くぼみ溝の幅）は、３ミクロンから７ミクロンの間（例えば、約４ミクロンなど、約５ミクロン以下）である。くぼみ溝の屈折率差Δｎ_３（例えば、くぼみ溝の深さ）は、典型的には−１０×１０^−３から−５×１０^−３の間である。

【0067】

本マルチモード光ファイバは、優れたマクロベンド性能を提供する。例えば、８５０ｎｍの波長において、曲率半径５ｍｍの２巻きに対し、本光ファイバは典型的には０．３ｄB未満（例えば０．２ｄB未満）の曲げ損失を有する。別の典型的な実施形態では、８５０ｎｍの波長において、曲率半径３ｍｍの１巻きに対し、本光ファイバは典型的には約０．５ｄB未満の曲げ損失を有する。

【0068】

本発明に係る典型的なマルチモード光ファイバは、６２．５ミクロンの外径を有する中心コアを含み（すなわち６２．５ミクロンＭＭＦ（マルチモードファイバ））、改善された曲げ耐性を示す。加えて、典型的なマルチモード光ファイバは、８０ミクロンの外径を有する中心コアを含み（すなわち８０ミクロンＭＭＦ）、改善された曲げ耐性を示す。

【0069】

言及したように、典型的なマルチモード光ファイバは、アウタークラッドに対してグレーデッドインデックス型プロファイルを有する（すなわち、グレーデッドインデックス型マルチモードファイバまたはＧＩ−ＭＭＦ）。ＧＩ−ＭＭＦのモード構造は以下の通りである。
以下の屈折率プロファイル：

【数12】

ここでαは約１．９から２．１の間、Δ＞１．２パーセント、およびａ＞３０ミクロン、を有するマルチモード光ファイバにおいては、導波モードの実効屈折率は以下のように正しく近似される。

【数13】

ここで、ｍはモードの次数であり、

【数14】

である。ここで、ｋ＝２π／λ、およびλ＝８５０ｎｍである。

【0070】

約２に等しいαに対し、モード間の間隔は、モード次数ｍからいくらか独立しており、単に中心コアの半径ａと、中心コアの高さΔの関数である。

【数15】

【0071】

Δ＝０．９パーセントおよびａ＝２６ミクロン（閾値として）を有する５０ミクロンＧＩ−ＭＭＦにおいて、このモード間隔（すなわちΔβ）は５．１×１０^−３μｍ^−１に等しい。製造プロセスにおける制約を考慮して、コア径に関する許容可能なトレランス（例えば、±２．５ミクロン）および開口数に関する許容可能なトレランス（例えば、±０．０１５）が考慮されてもよい。

【0072】

特定の理論に縛られることがなければ、本発明者は、モード間隔がマイクロベンド損失に影響を及ぼすことを見いだした。実際に、表１の３つの実施例を検討すると、

の値（すなわち、モード間隔基準（mode-spacing criterion））が大きくなると、マイクロベンド損失が小さくなるという関係がある。表１において、相対屈折率差Δはパーセンテージとして与えられる。

【表1】

【0073】

表１に示すように、５．０６×１０^−３から５．９４×１０^−３への基準(criterion)が増加すると、マイクロベンド損失は半分に減少する。従って、本発明に係る典型的な光ファイバは、

が５．１×１０^−３μｍ^−１以上（例えば、５．２×１０^−３μｍ^−１以上）となるように、例えば５．４×１０^−３μｍ^−１以上（例えば５．６×１０^−３μｍ^−１以上）となるように、中心コア外半径ｒ_１および相対屈折率差Δを有する。さらに、典型的な光ファイバは、

が５．７×１０^−３μｍ^−１以上（例えば、５．９×１０^−３μｍ^−１以上）となるように、中心コア外半径ｒ_１および相対屈折率差Δを有してもよい。

【0074】

マイクロベンドは、ＩＥＣの固定径サンドペーパードラムテスト（すなわち、ＩＥＣ ＴＲ６２２２１、方法Ｂ、４０ミクロングレードサンドペーパー）に従って解析されてもよい。これは、室温でもマルチモードファイバに影響を及ぼすマイクロベンドストレス条件を提供する。ＩＥＣ ＴＲ６２２２１のマイクロベンド感度の技術報告書および標準検査手順は、とりわけＩＥＣ ＴＲ６２２２１、方法Ｂ（固定径サンドペーパードラム）および方法Ｄ（バスケットウィーブ）を含む。

【0075】

上述の中心コア外半径ｒ_１と相対屈折率差Δの関係を満たすために、表２に示されるように、中心コア半径が大きくなると、Δに対してより大きな値が要求される。表２では、相対屈折率差Δはパーセンテージとして与えられる。

【表2】

【0076】

通常、このような大きな開口数の光ファイバにおいて、マイクロベンド損失は低い。さらに、図２および図３に示すように、中心コアとアウタークラッド間のくぼみ溝を含むことにより、これらの大きなコア半径のＭＭＦのマクロな曲げ挙動（マクロベンド挙動）がさらに改善される。

【0077】

図２は、本発明に係る典型的な溝を用いた光ファイバ（すなわち実施例２）と、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１勧告に準拠した比較の光ファイバ（すなわち実施例１）とに関し、曲げ損失を曲げ半径（すなわち、曲率半径）の関数としてグラフを用いて示す。

【0078】

図３は、本発明に係る別の典型的な溝を用いた光ファイバ（すなわち実施例４）と、所定のエンサークルド・フラックス・ランチ（Encircled Flux Launch（EFL））の条件に従う別の比較の光ファイバ（すなわち実施例３）とに関し、曲げ損失を曲げ半径（すなわち、曲率半径）の関数としてグラフを用いて示す。

【0079】

曲げ前の光ファイバのエンサークルドフラックス（ＥＦ）は、以下の表３の基準を満たしている。

【表3】

【0080】

６２．５ミクロンおよび５０ミクロンＭＦＦにおいて、マクロベンド損失測定に対するＥＦの条件は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５１．１勧告およびＩＥＣ６１２８０−４−１ドキュメント内のＥＦテンプレートにより与えられる。

【0081】

図２および図３の比較の光ファイバ（実施例１および３）並びに典型的な光ファイバ（実施例２および４）は、表４に記載されたパラメータを有する光ファイバに対応する。

【表4】

【0082】

言及したように、実施例２および４は、本発明に従う光ファイバであり、適切な幅（すなわち、ｒ_３−ｒ_２）および深さ（すなわち、Δｎ_３）のくぼみ溝を有する。実施例１および３は、比較の光ファイバであり、くぼみ溝はない。曲げ損失は、８５０ｎｍの波長で測定されている。

【0083】

表４により証明され、図２および図３により示されるように、くぼみ溝は、低減された曲げ損失の達成を容易にする。実際に、典型的な光ファイバは、比較の光ファイバの曲げ損失に比べて４倍以上小さい曲げ損失を示す（すなわち、比較の光ファイバの曲げ損失の１／４未満に減少する）。

【0084】

低減された曲げ損失を有する大コア光ファイバの利点は、“80μm-core graded-index MMF for consumer electronic devices” by D. Molin, M. Bigot-Astruc, and P. Sillard, Optoelectronic Interconnects XII, February 2, 2012, Proceedings of SPIE Vol. 8267にさらに説明されている。

【0085】

本発明に係る典型的な光ファイバは、特定のボリュームＶ_３を有するくぼみ溝を含む。本明細書において、くぼみ溝のボリュームＶは、以下の式により定義される。

【数16】

ここで、ｒ_ｉｎｔおよびｒ_ｅｘｔは、それぞれくぼみ溝の内半径および外半径であり、Δ％（ｒ）は、アウタークラッドに対するくぼみ溝の屈折率差であり、パーセンテージで表される。当業者であれば、この式は矩形および非矩形の両方の溝に適用できることを理解するであろう。
くぼみ溝が矩形状を有する場合（すなわちステップインデックス型プロファイル）、上記の式は以下の式に簡略化することができる。

【数17】

ここで、ｒ_ｅｘｔおよびｒ_ｉｎｔは、それぞれくぼみ溝の外半径および内半径であり、Δ％（ｒ）は、アウタークラッドに対するくぼみ溝の屈折率差であり、パーセンテージで表される。

【0086】

この点において、典型的な光ファイバは、約−１７１０％-μｍ^２から−２１０％-μｍ^２のボリュームＶ_３（例えば、約−８３０％-μｍ^２のボリュームＶ_３）を有するくぼみ溝を含む。典型的には、くぼみ溝のボリュームＶ_３は、約−７９０％-μｍ^２以上（例えば、約−７５０％-μｍ^２以上のボリュームＶ_３）である。より典型的には、くぼみ溝のボリュームＶ_３は、約−７１０％-μｍ^２以上（例えば、約−６７０％-μｍ^２以上、例えば約−６３５％-μｍ^２以上のボリュームＶ_３）である。典型的な実施形態において、くぼみ溝のボリュームＶ_３は、約−７５０％-μｍ^２から−４５０％-μｍ^２（例えば、約−６２８％-μｍ^２から−５６５％-μｍ^２、例えば約−６００％-μｍ^２）である。

【0087】

本発明に係るもう一つの光ファイバを含む光ファイバケーブルは、図４に示されるようなピンチテスト（pinch test）を受ける。ピンチテストの間、光ファイバケーブルは、折り曲げ部の両側の２つのケーブル部分が実質的に互いに平行となるように折り重ねられ、それにより光ファイバケーブルにピンチを作り出す。結果として生じる折り曲げられたケーブルは、ケーブルの標準径の約２倍の最大径を有する。ピンチ点において、光ファイバケーブルはぺちゃんこになり、その標準径未満の直径を有する。光ファイバケーブルは、ピンチ点およびその近傍において低減された直径を有するが、ケーブルの残りの部分はその標準径を保っている。ケーブルは、約１０分間このピンチ状態に維持される。１０分が経過した後、ケーブルをピンチ状態に維持しながら、（例えば室温で）ケーブル内の光ファイバの減衰が測定される。

【0088】

８５０ｎｍでのピンチテストの間、本発明に係る（光ファイバケーブル中に含まれる）典型的なマルチモード光ファイバは、典型的には約０．５ｄＢ未満、より典型的には約０．３ｄＢ未満（例えば、約０．２５ｄＢ未満、例えば０．２０ｄＢ未満など）の損失が追加された減衰を有する。

【0089】

優れたピンチテスト性能を有する典型的な光ファイバケーブルは、同一出願人による光ファイバ相互接続ケーブルに関する米国特許出願第１３／４０１，０２６号に開示されている。

【0090】

本光ファイバを用いることにより、光ファイバの全径を小さくすることが容易となる。当業者により理解されるように、小径の光ファイバは、費用効率が高く、多くの原材料を必要としない。さらに、小径の光ファイバは、（例えば、バッファチューブおよび／または光ファイバケーブル内に）多くの配置スペースを必要とせず、それにより、ファイバ数を増大したり、および／またはケーブルサイズを小さくしたりすることが容易となる。

【0091】

当業者であれば、一次被覆（および追加の二次被覆および／またはインク層）を備える光ファイバは、通常、約２３５ミクロンから約２６５ミクロン（μｍ）の外径を有することを分かるであろう。コンポーネントガラスファイバ単体（すなわち、ガラスコアおよび周囲のクラッド層）は、通常約１２５ミクロンの直径を有しており、全コーティング厚は通常約５５ミクロンから７０ミクロンとされる。

【0092】

本光ファイバにおいて、コンポーネントガラスファイバは、典型的には約１２５ミクロンの外径を有する。光ファイバの周囲のコーティング層において、一次被覆は、典型的には約１７５ミクロンから約１９５ミクロンの外径（すなわち、約２５ミクロンから３５ミクロンの一次被覆厚）を有し、二次被覆は、典型的には約２３５ミクロンから約２６５ミクロン（すなわち、約２０ミクロンから４５ミクロンの二次被覆厚）を有する。任意で、本光ファイバは、最外のインク層を含んでもよい。これは、典型的には２から１０ミクロンの厚さである。

【0093】

一つの他の実施形態では、光ファイバは、小径（例えば、１５０ミクロンから２３０ミクロンの最外径）を有してもよい。この他の光ファイバ構成では、コンポーネントガラスファイバの直径は約１２５ミクロンであるが、一次被覆および／または二次被覆の厚さが低減される。（当業者であれば、特別の定めのない限り、直径測定は外径のことを指していることを分かるであろう。）

【0094】

実例として、このような典型的な実施形態では、一次被覆層は約１３５ミクロンから約１７５ミクロン（例えば、約１６０ミクロン）、典型的には１６５ミクロン未満（例えば、約１３５ミクロンから１５０ミクロンの間）、且つ通常１４０ミクロンを超える（例えば、約１４５ミクロンから１５５ミクロン、例えば約１５０ミクロンなど）外径を有してもよい。

【0095】

さらに、このような典型的な実施形態では、二次被覆層は、約１５０ミクロンから約２３０ミクロン（例えば、約１６５ミクロンを超える、例えば１９０〜２１０ミクロンなど）、典型的には約１８０ミクロンから２００ミクロンの外径を有してもよい。言い換えると、光ファイバの全径が約２３０ミクロン未満（例えば約１９５ミクロンから２０５ミクロン、特に約２００ミクロン）に低減される。さらなる実例として、光ファイバは、±５ミクロンの許容誤差で約１９７ミクロンの二次被覆（すなわち、１９２ミクロンから２０２ミクロンの外径の二次被覆）を採用してもよい。典型的には、二次被覆は、少なくとも約１０ミクロンの厚さを保持している（例えば、１５ミクロンから２５ミクロンの低減された二次被覆厚を有する光ファイバ）。

【0096】

もう一つの他の実施形態では、コンポーネントガラスファイバは、１２５ミクロン未満（例えば、約６０ミクロンから１２０ミクロン）、できれば約７０ミクロンから１１５ミクロン（例えば約８０〜１１０ミクロン）に低減されてもよい。これは、例えば一つまたは複数のクラッド層の厚さを低減することにより達成され得る。上記の他の実施形態と比べると、（１）光ファイバの全径が低減されてもよく（すなわち、一次および二次被覆の厚さが上記の他の実施形態に一致して維持され）、または（２）一次および／または二次被覆のそれぞれの厚さが上記の他の実施形態と比べて増大されてもよい（例えば光ファイバの全径が維持されるように）。

【0097】

実例として、前者に関し、約９０から１００ミクロンの直径を有するコンポーネントガラスファイバは、約１１０ミクロンから１５０ミクロン（例えば約１２５ミクロン）の外径を有する一次被覆および約１３０から１９０ミクロン（例えば約１５５ミクロン）の外径を有する二次被覆と組み合わされてもよい。後者に関し、約９０から１００ミクロンの直径を有するコンポーネントガラスファイバは、約１２０ミクロンから１４０ミクロン（例えば約１３０ミクロン）の外径を有する一次被覆および約１６０ミクロンから２３０ミクロン（例えば、約１９５〜２００ミクロン）の外径を有する二次被覆と組み合わされてもよい。

【0098】

コンポーネントガラスファイバの直径を低減することにより、結果として生じる光ファイバがマイクロベンド損失の影響をより受けやすくなる可能性がある。とは言うものの、光ファイバ径をさらに低減することの利点は、いくつかの光ファイバアプリケーションにとって価値のあることである。

【0099】

前述したように、本光ファイバは、一つまたは複数の被覆層（例えば、一次被覆および二次被覆）を含んでよい。被覆層の少なくとも一つ、典型的には二次被覆、は、個々のファイバを特定するのを助けるために、着色されてもよく、および／または他のマーキングを有してもよい。あるいは、三次のインク層が一次および二次被覆を取り囲んでもよい。

【0100】

本明細書および／または図面においては、本発明の典型的な実施形態が開示されている。本発明はこのような典型的な実施形態に限定されない。「および／または」という用語の使用は、関連した並び項目の１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。図面は、略図であり、従って必ずしも縮尺どおりには描かれていない。特に断りのない限り、明細書の用語は、一般的且つ説明的な意味で用いられており、限定を目的とするものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】